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高含水率油、气、水多相流量计的研究

作　者: 姜昊
导　师: 杨江
学　校: 浙江大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 多相流量计高含水率相含率测量超声波测量电导测量相关检测数据融合
分类号: TH814
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

油、气、水多相流广泛存在于现代石油工业中，对多相流测量技术的研究具有重要的意义。然而，由于多相流在流动过程中流型复杂、成分多变等原因，对多相流的测量具有很大的难度，到目前为止，世界上商业用的多相流量计很少。在我国，由于长期注水开发，多数油田产液含水率不断上升，大部分进入高含水、特高含水开采阶段，综合含水率超过80％。由我国油井的现状可知，研究高含水率油、气、水多相流量计具有现实商业需求。目前世界范围内，大部分油井未到高含水率开采阶段，但随着时间的推移，必然会到高含水率的开采阶段，由于能源的紧缺，高含水率油井仍然有一定的开采价值。高含水率多相流量计将是一个长期的发展趋势，其需求会随着时间的推移越来越多。本文以高含水率油、气、水多相流的流量测量为研究内容，在概述国内外石油领域中多相流计量研究进展及总结前人研究经验和成果的基础上，针对被测对象具有多输入多输出的特点，提出了一种基于超声波、电导等多传感器的测量方案。完成了测量系统整体方案的的设计和论证，详细论述了测量原理，传感器及测量管段的设计和选型，硬件和软件的设计。该方案具有非侵入式、无放射性、无可动部件和低成本等优点。多相流量计采用模块化方法设计，主要由超声波检测模块、多电极电导检测模块、温度和压力检测模块和主控模块等组成。每个模块都具有嵌入式微处理器，能独立完成传感器信号的放大、采集以及测量值计算。以ARM芯片LPC2119为核心设计了主控模块、超声波检测模块和电导检测模块的硬件；以80C51F040为核心设计、制作了温度和压力检测模块的样机，并完成了调试。多相流量计内部采用在汽车和工业控制系统中得到广泛应用的CAN(Control Area Network)现场总线，来连接各个功能模块，使得连接简单、通信可靠，有利于多相流量计的扩展和升级。主控模块通过CAN总线汇集各个功能模块的参数测量值，并进行信号处理运算得到油、气、水分相含率、分相流量以及它们的累积量。建立了一种结合数据融合技术进行信号处理以提高流量测量稳定性的油、气、水多相流量测量模型。由于超声、电导传感器只能在部分流型下正常工作，因此把数据融合技术引入到流量计的信号处理中，通过算法判断当前情况下哪些传感器工作在有效范围内，选取有效数据进行数据的计算和分析，从而保证流量计连续而稳定地运行。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-22
  1.1 多相流简介  8-10
    1.1.1 概述  8
    1.1.2 多相流计量的意义  8-9
    1.1.3 多相流计量的难点  9
    1.1.4 多相流的计量模式  9
    1.1.5 多相流计量的发展  9-10
  1.2 多相流计量中采用的技术和方法  10-16
    1.2.1 压差的检测  10-11
    1.2.2 相含率的测量  11-13
    1.2.3 相速度的测量  13-15
    1.2.4 流量的测量  15-16
  1.3 多相流量计介绍  16-20
    1.3.1 多相流量计分类  16-19
    1.3.2 多相流量计的发展趋势  19-20
  1.4 选题的根据和研究意义  20
  1.5 本文的研究内容  20-22
    1.5.1 研究目标  20
    1.5.2 内容和结构  20-22
第二章测量方案  22-34
  2.1 测量方案简介  22-23
    2.1.1 部分分离方案  22-23
    2.1.2 不分离方案  23
  2.2 测量系统的组成  23-25
    2.2.1 信号处理电路  23-24
    2.2.2 传感器  24-25
    2.2.3 CAN通讯子网  25
  2.3 测量原理  25-34
    2.3.1 概述  25-27
    2.3.2 含水率和流速的测量  27-31
    2.3.3 含油率和含气率的测量  31-34
第三章电导检测模块  34-45
  3.1 传感器设计  35
  3.2 传感器电路设计  35-45
    3.2.1 交流恒流源激励电路  35-39
    3.2.2 含水率测量电路  39-40
    3.2.3 相关测速电路  40-42
    3.2.4 其它电路  42-45
第四章超声波检测模块  45-54
  4.1 传感器设计  45-47
  4.2 传感器电路设计  47-53
    4.2.1 发射电路  47-51
    4.2.2 接收电路  51-53
  4.3 注意事项  53-54
第五章温度和压力检测模块  54-58
  5.1 传感器选型  54-55
    5.1.1 温度传感器的选型  54-55
    5.1.2 压力传感器的选型  55
  5.2 传感器电路设计  55-58
    5.2.1 信号测量电路  55-56
    5.2.2 主芯片电路  56-58
第六章主控模块  58-61
  6.1 硬件设计  58-59
  6.2 人机交互的设计  59-61
    6.2.1 彩色液晶终端简介  59-60
    6.2.2 人机交互界面的设计  60-61
第七章测量系统的软件设计  61-72
  7.1 主控模块的软件设计  61-63
  7.2 数据融合算法的设计  63-66
  7.3 电导检测模块的软件设计  66-67
  7.4 超声波检测模块的软件设计  67-68
  7.5 温度和压力检测模块的软件设计  68-70
  7.6 模块间通讯的软件设计  70-72
第八章实验测试  72-77
  8.1 电导检测模块的测试  72-73
  8.2 温度和压力检测模块的测试  73-77
第九章结论  77-79
参考文献  79-84
攻读硕士学位期间完成的工作  84-85
致谢  85

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